老年患者手术氙气吸入麻醉的研究进展

王绍兵 王虎山 卢伟伟 徐海洋 周春燕 麻海春 卢宝顺

(吉林大学白求恩第一医院麻醉科,吉林 长春 130021)

世界人口老龄化的趋势在不断加快。美国预计到2020年,超过65岁的老年人将达到16%,老年人的外科手术量将增加50%〔1〕;在我国,人口的平均寿命约比解放前延长了一倍,我国已进入了老龄社会〔2〕。目前老年患者手术麻醉已成为临床麻醉的重要内容。老年患者手术的增多势必加大了手术麻醉的风险,加之老年人机体储备能力的减低、高龄、并存多种疾病,手术的并发症和死亡率均明显高于青壮年〔3〕。近年来,关于氙气的研究〔4〕已证实氙气具有理想的吸入麻醉剂的许多优良特性,并且还具有器官保护作用,尤其对心脑器官的保护,而且不污染环境。氙气 (Xenon,Xe)属于非卤代麻醉药,基本没有毒性。因此氙气吸入麻醉可望能提高老年患者手术麻醉的安全性。本文就近年来相关领域的研究成果进行综述。

1 吸入麻醉剂的历史

现代麻醉开始于1846年乙醚的成功使用,尽管,笑气(N2O)的使用比乙醚早了两年,但乙醚的使用是麻醉的一个标志性年代。乙醚、氧化亚氮和氯仿开始被迅速地应用于外科手术。这三种吸入麻醉剂,今天只有氧化亚氮还在使用。在吸入麻醉剂中,氟烷抑制心肌作用比较明显,异氟醚和七氟醚引起的心血管抑制作用较小。

乙醚还抑制正常呼吸对二氧化碳和缺氧的反应。吸入麻醉剂的副作用有肝肾损害,氟烷最常见的副作用是肝损害,肝损害不是由氟烷本身引起的,而是由其代谢产物导致的。氟烷的肝损害有两型:I型肝炎常见于肝脏一些酶的轻度紊乱,通常不用治疗;Ⅱ型肝炎被认为由免疫介质参与的,不可预知的,罕见的,导致严重的暴发性肝炎,有较高的死亡率。肾损害最常见于甲氧氟烷,它的代谢产物导致血浆高浓度氟化物,由于肾毒性,甲氧氟烷已不再使用,有报告七氟烷也导致血浆高浓度的氟化物,但没有报告在使用中发生肾功紊乱的病例〔5〕。1898年,Ramsay和Travers在蒸发液体空气时发现了氙气。氙气被发现有镇痛和麻醉作用也有50多年历史了。但直到近年来,随着对氙气的基础和临床研究的深入,人们才逐渐认识到氙气具有许多理想麻醉气体的特性,并愈来愈多地被应用于临床。

2 氙气麻醉

1951年有论文在《科学》上发表,称首次完成了动物实验和人体实验,指出氙气麻醉具有诱导迅速,血流动力稳定,苏醒快等。1980年首次将氙气用于临床麻醉,2001年氙气作为吸入麻醉剂开始应用〔6,7〕。最新的研究显示,氙气麻醉能够升高气道吸入压力,但并不影响气道阻力和顺应性〔8〕。随着对氙气作为麻醉剂的优良特性的发现,氙气重新进入了各国研究者的视野。

2.1 氙气的理化性质 氙气Xenon,元素符号Xe,属于无臭惰性气体,是存在于大气中的微量独立原子,在大气中仅占0.000 87%,分子量为131.3。氙气是非常稳定的惰性气体,与其他物质几乎不发生化学反应。有意义的是这种惰性气体具有麻醉作用,是常压下惟一具有麻醉作用的气体。与其他的吸入麻醉剂不同的是,麻醉中释放的氙气仍以原型回到大气中。用于麻醉时,氙气的血/气分配系数是目前使用的吸入的麻醉剂中最小的,为0.14;氧化亚氮为0.47;七氟醚为 0.63。因此,氙气在血液组织中溶解度小,最低肺泡有效浓度(MAC)为71%,氧化亚氮的MAC为104%。

2.2 氙气的麻醉特点

2.2.1 诱导和苏醒迅速 氙气的血/气分配系数低,与七氟醚比较,呼气末的浓度上升快,诱导用71 s,而七氟醚为141 s。有研究比较氙气、氧化亚氮-七氟醚、氧化亚氮-异氟醚三组中,氙气组是苏醒最快的,从麻醉结束到拔管平均3.6 min,其他两组时间是氙气组2～3倍。更有意义的是无论麻醉时间长短,均可观察到苏醒迅速的倾向,即使延长氙气的麻醉时间,麻醉苏醒时间并无延迟〔9〕。与丙泊酚处于相同的麻醉深度下相比氙气麻醉恢复时间明显短于丙泊酚〔10〕。由于氙气的快速诱导和苏醒,适用于腹腔镜等短小手术和门诊手术,同时由于其具备良好镇痛和器官保护作用,也可用于“快通道”心脏手术的麻醉〔11〕。氙气麻醉的作用机制可能主要是通过非竞争性拮抗N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体亚型-谷氨酸盐受体而发挥麻醉作用〔12〕。

2.2.2 器官保护作用 氙气通过预处理机制产生器官保护作用〔13〕。预处理(即预先应用药物或应激原对稍后的损伤产生保护作用)可保护心肌组织和脑组织在短期非致命性缺血阶段不形成梗死灶。氙气对心血管系统影响小〔13〕,这非常有益于心血管功能差的病人,尤其是老年病人。有研究观察受试者在吸入氙气过程中,心电图、心脏指数、血压及全身血管阻力未见有显著变化。在兔局部心肌缺血灌注模型中氙气可减少再灌注过程中心肌梗死面积。还有研究显示氙气麻醉能减少病人的心肌梗死面积,以及引发心脏的适应功能〔14〕。几年前,英国伦敦帝王大学使用氙气吸入麻醉行冠脉搭桥术,用以保护术后大脑不受损伤。一些研究已证实氙气能减少大脑和心肌损害,如氙气能减少脑和心肌梗死,可预防心肺转流和新生儿缺血缺氧性脑病引起的神经损伤的形态学和功能的变化〔15〕。一些体内体外动物模型实验表明,氙气对神经细胞缺血性损伤显示了有效的保护作用,氙气麻醉器官保护作用可能的机制是氙气把NMDA受体作为主要的靶分子,能阻断NMDA谷氨酸盐受体的作用〔16〕。NMDA谷氨酸盐受体是一种位于神经细胞表面的分子,它在神经细胞死亡过程中发挥着至关重要作用。研究人员发现在小鼠大脑损伤发生之前使用氙气治疗,其脑损伤程度可以降低45%,而治疗所用的氙气浓度低于麻醉用量,氙气通过预处理来预防缺血性脑病〔17〕。这些研究的意义除了器官保护外,或许还在于可能找到治疗神经细胞损伤的方法,如卒中和大脑或脊髓损伤。那么,氙气是否还可能成为内科治疗的一部分,比如用于终止卒中和大脑损伤患者的神经细胞死亡过程〔18〕。氙气麻醉恢复后,术后认知功能恢复的更快,尤其是老年病人〔19〕。

2.2.3 其他 氙气不影响肺的顺应性,故适用于慢性肺部疾患的老年病人,氙气具有和氧化亚氮相同性质:潴留于内脏中空器官和肠腔中,所以,肠梗阻的患者同样禁用于氙气麻醉。由于氙气还具有不透过X射线性质,可用于大脑X光摄影的造影剂,也可用于遮蔽X射线。氙气麻醉低毒,无致畸性。氙气麻醉采用紧闭循环式麻醉,既把新鲜气流开到最小。有报道氙气麻醉对哺乳期病人的哺乳能力没有损害〔20〕。由于氙气是惰性气体,因此几乎不参加任何化学反应,在体内不进行生物转化吸收后仍以原型经肺呼出。有研究显示氙气可能不会触发恶性高热反应〔21〕。

3 对环保的影响

麻醉中及麻醉后患者呼出的麻醉剂大多释放于手术室内,影响手术室内工作人员的健康。麻醉气体的排除装置可显著减轻手术室内的空气污染,但排出室外可造成大气污染。吸入麻醉剂的排出气体,能破坏大气臭氧层已成为世界问题,更令人担忧的是氧化亚氮是大气中最稳定的气体,寿命为150年,那么现在使用氧化亚氮到22世纪时仍存在于大气中。据认为氧化亚氮对臭氧层并无直接影响,但与大气中的氧反应后生成一氧化氮(NO),NO能破坏臭氧层,另外,氧化亚氮可产生温室效应,其热能反应到地表可引起地球变暖现象。与此相比,氙气来源于大气,麻醉中释放的氙气仍以原形回到大气中,这与其他吸入麻醉剂不同,不污染环境〔22〕。

4 经济性问题

氙气虽然存在于大气中,但分离提纯过程费用颇高,因氙气属于惰性气体,与其他物质几乎不发生化学反应,不能用化学反应进行商业制造。还有研究如何设计麻醉环路以减少氙气的消耗来节约氙气〔23〕。也有节约氙气的方法,一是采用紧闭循环式麻醉,既把新鲜气流开到最小,在当今监护仪普及的条件下是可行的;二是氙气的再利用,欧洲国家正开发从氙气麻醉患者呼出气中分离氙气的装置〔24〕。

5 展 望

氙气具有理想的吸入麻醉剂的优良性质,来源于大气,回归与大气,不污染环境。应用氙气麻醉诱导快、苏醒快,对呼吸系统、心血管系统功能几乎无影响,心脏和神经系统有保护作用。对老年患者手术麻醉应用前景将更为广阔。但目前,可供临床麻醉应用的氙气总量仅为其世界年产量的1/15,远远不能满足临床需要,因此大规模推广尚存在一定困难。氙气输送系统和再循环系统等技术问题尚有待解决。

1 Miller RD Editer.Miller′s Anesthesia〔M〕.Sixth Edition.United States:Elsevier(Singapore)Churchill Livingstone,2005:231-63,2435-8.

2 庄心良,曾因明,陈伯銮.现代麻醉学〔M〕.第3版 .北京:人民卫生出版杜,2003:419-50;1441-58.

3 王国林,李文硕 .老年麻醉学〔M〕.天津:天津科学技术出版社,2003:1-5.

4 于布为,薛庆生,罗 艳.吸入麻醉药物的研究进展〔J〕.继续医学教育,2006;20(15):26-36.

5 Bovill JG.Inhalation anaesthesia:from diethyl ether to xenon 〔J〕.Handb Exp Pharmacol,2008;(182):121-42.

6 Joyce JA.Xenon:anesthesia for the 21st century〔J〕.AANA J,2000;68(3):259-64.

7 Harris PD,Barnes R.The uses of helium and xenon in current clinical practice〔J〕.Anaesthesia,2008;63(3):284-93.

8 王英伟.氙气麻醉〔J〕.国际麻醉学与复苏杂志,2003;24(5):316-8.

9 Stuttmann R,Schultz A,Kneif T,et al.Assessing the depth of hypnosis of xenon anaesthesia with the EEG 〔J〕.Biomed Tech(Berl),2010;55(2):77-82.

10 Lockwood G.Theoretical context-sensitive elimination times for inhalation anaesthetics〔J〕.Br J Anaesth,2010;104(5):648-55.

11 Bein B,Hcker J,Scholz J.Xenon-the ideal anaesthetic agent〔J〕？Anasthesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther,2007;42(11):781-91.

12 Preckel B,Weber NC,Sanders RD,et al.Molecular mechanisms transducing the anesthetic,analgesic,and organ-protective actions of xenon〔J〕.Anesthesiology,2006;105(1):187-97.

13 Francis RC,Reyle-Hahn MS,Hohne C,et al.The haemodynamic and catecholamine response to xenon/remifentanil anaesthesia in Beagle dogs〔J〕.Lab Anim,2008;42(3):338-49.

14 Hieber S,Huhn R,Hollmann MW,et al.Hypoxia-inducible factor 1 and related gene products in anaesthetic-induced preconditioning〔J〕.Eur J Anaesthesiol,2009;26(3):201-6.

15 Dingley J,Tooley J,Porter H,et al.Xenon provides short-term neuroprotection in neonatal rats when administered after hypoxia-ischemia 〔J〕.Stroke,2006;37(2):501-6.

16 Georgiev SK,Furue H,Baba H,et al.Xenon inhibits excitatory but not inhibitory transmission in rat spinal cord dorsal horn neurons〔J〕.Mol Pain,2010;6:25.

17 Baumert JH,Hein M,Hecker KE,et al.Xenon or propofol anaesthesia for patients at cardiovascular risk in non-cardiac surgery〔J〕.Br J Anaesth,2008;100(5):605-11.

18 Preckel B,Schlack W.Inert gases as the future inhalational anaesthetics〔J〕？Best Pract Res Clin Anaesthesiol,2005;19(3):365-79.

19 Hecker K,Baumert JH,Horn N,et al.Xenon,a modern anaesthesia gas〔J〕.Minerva Anestesiol,2004;70(5):255-60.

20 Stuttmann R,Jakubetz J,Schultz K,et al.Recovery index,attentiveness and state of memory after xenon or isoflurane anaesthesia:a randomized controlled trial〔J〕.BMCAnesthesiol,2010;7:10-5.

21 Stuttmann R,Schafer C,Hilbert P,et al.The breast feeding mother and xenon and xenon anaesthesia:four case reports〔J〕.BMC Anesthesiol,2010;10:1.

22 Hirota K.Special cases:ketamine,nitrous oxide and xenon〔J〕.Best Pract Res Clin Anaesthesiol,2006;20(1):69-79.

23 Sanders RD,Franks NP,Maze M.Xenon:no stranger to anaesthesia〔J〕.Dr JAnaesth,2003;91(5):709-17.

24 Roehl AB,Goetzenich A,Rossaint R,et al.A practical rule for optimal flows for xenon anaesthesia in a semi-closed anaesthesia circuit〔J〕.Eur J Anaesthesiol,2010;27(7):660-5.